專利名稱：確定連續(xù)材料幅的彈性模量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)材料幅(web)特別是紙幅的彈性模量的確定。更具體地，本發(fā)明涉及在幅在生產(chǎn)設(shè)備中移動(dòng)的同時(shí)，從連續(xù)材料幅確定彈性模量。
背景技術(shù)：
通常針對(duì)紙、紙板等所確定的性質(zhì)之一是彈性模量。彈性模量描述了受到張力的材料的可逆性響應(yīng)，彈性模量可被確定為張力與由伸展導(dǎo)致的延長(zhǎng)的比率，伸展發(fā)生于線性區(qū)域上并且一旦釋放牽拉張力就完全倒轉(zhuǎn)。紙、紙板等的彈性模量對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)性和最終產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)烧叨季哂杏绊憽?通常，最終產(chǎn)品被給定了彈性模量要滿足的特定值或閾值。包裝材料的低彈性模量例如意味著材料在包裝期間可能會(huì)很容易撕破。類似地，對(duì)于用于印刷品的紙，打印機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性部分取決于彈性模量。通常，通過(guò)成品材料的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量來(lái)確定彈性模量。例如，當(dāng)造紙機(jī)已生產(chǎn)了完成的機(jī)器軋輥(roll)時(shí)，從紙中取樣品以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量的結(jié)果最好是在從機(jī)器軋輥完成起的幾小時(shí)后獲得。如果彈性模量顯著偏離目標(biāo)值，則在最壞的情況下紙的整個(gè)機(jī)器軋輥會(huì)浪費(fèi)。另外，由于長(zhǎng)的延遲，因此，基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的快速調(diào)整顯然是不可能的。所提出的用于彈性模量的在線測(cè)量的方法包括測(cè)量傳感器不與材料幅接觸的方法。這些方法之一是基于幅寬度改變的測(cè)量的方法。幅寬度測(cè)量和數(shù)學(xué)模型一起允許估計(jì)抗張強(qiáng)度比率，從而得出關(guān)于生產(chǎn)期間的紙的特性的結(jié)論。另一已知方法是向紙的表面發(fā)送高頻聲學(xué)脈沖以及觀察頻率調(diào)制與紙的彈性模量之間的相互關(guān)聯(lián)。也可基于纖維取向估計(jì)紙的抗張強(qiáng)度。所有上述用于確定紙的彈性模量或抗張強(qiáng)度的方法都需要專門為該目的而設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置。影響聲學(xué)測(cè)量結(jié)果的可靠性的其它方面是復(fù)雜的環(huán)境和高幅速度。另外，聲學(xué)測(cè)量是以材料幅的點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行的，從而不一定表明整個(gè)材料的性質(zhì)。而基于幅寬度測(cè)量的數(shù)學(xué)模型又要求獲得全面的研究材料以得到可靠的模型。US 6993964公開了一種方法，其中，在兩個(gè)不同的幅跨度處測(cè)量幅速度和緊度，基于這些測(cè)量數(shù)據(jù)確定彈性模量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種允許解決上述問(wèn)題的方法、實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備、變頻器以及軟件產(chǎn)品。本發(fā)明的目的通過(guò)其特征在于獨(dú)立權(quán)利要求中闡述的內(nèi)容的方法、設(shè)備、變頻器以及軟件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明基于如下思想通過(guò)使用從使材料幅運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器獲得的信息，確定材料的彈性模量以及要從彈性模量推出的量。耦合到軋輥的受控電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生關(guān)于在軋輥上運(yùn)行的幅的速度和關(guān)于作用于幅的扭矩的數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)計(jì)算彈性模量。本發(fā)明的方法和布置的優(yōu)點(diǎn)是其為實(shí)現(xiàn)測(cè)量布置提供的簡(jiǎn)單性?？稍诓牧戏喜恍枰魏螠y(cè)量裝置的情況下測(cè)量彈性模量。因此，既不需要安裝測(cè)量裝置，也不需要其維護(hù)服務(wù)。另外，當(dāng)針對(duì)該目的安裝的傳感器等損壞時(shí)，無(wú)法確定彈性模量。在生產(chǎn)過(guò)程、后處理期間以及在最終產(chǎn)品中，可以各種方式利用在線測(cè)量的彈性模量。


以下，將參照優(yōu)選實(shí)施例和附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制的材料幅的示意圖；以及圖2是張力-延長(zhǎng)曲線的示例。
具體實(shí)施例方式圖1是在用于所討論的材料的制造機(jī)器中的連續(xù)材料幅的示意圖。該連續(xù)材料幅的示例是造紙機(jī)中的紙幅。圖1示出了紙幅4如何在三個(gè)軋輥1、2、3上行進(jìn)。該圖舉例示出了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器如何控制軋輥2，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括電動(dòng)機(jī)5和饋給電動(dòng)機(jī)的變頻器或類似裝置6。電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)動(dòng)軸經(jīng)由齒輪箱7耦合到用于以期望的方式旋轉(zhuǎn)軋輥的軋輥軸。要注意，齒輪箱不是必須的，允許電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接耦合到軋輥。電動(dòng)機(jī)可以是任何類型的電動(dòng)機(jī)，諸如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)。圖1沒(méi)有示出其它軋輥的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。可由現(xiàn)代的變頻器或類似的控制裝置以各種方式控制使軋輥旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)?？刂评缈梢詫?shí)現(xiàn)為速度控制，同時(shí)將幅維持在期望的張力下。通常在如下情形下進(jìn)行控制 電動(dòng)機(jī)之一產(chǎn)生期望的幅速度，并且通過(guò)扭矩控制來(lái)控制經(jīng)由紙幅與該電動(dòng)機(jī)連接的電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)和維持期望的張力。在扭矩與幅張力之間存在線性相關(guān)，這是由于作用于幅寬度的力是幅張力，扭矩又是軋輥半徑與幅力的乘積。在材料幅在處于靜止?fàn)顟B(tài)的兩個(gè)支撐輥(holding roll)之間行進(jìn)的情形下，可通過(guò)下式確定圖1的軋輥1和2之間的相對(duì)延長(zhǎng)在靜止?fàn)顟B(tài)中，當(dāng)V1是常數(shù)并且基本等于V2時(shí)，速度V2的改變?chǔ)?V2引起延長(zhǎng)的改變?chǔ)?； ,(2)
’2由于對(duì)于小的延長(zhǎng)和延長(zhǎng)的小改變張力與延長(zhǎng)的比率是基本線性的，因此可適用胡克定律σ = E ε， (3)其將張力σ定義為彈性模量E與延長(zhǎng)ε的乘積。另一方面，張力可被確定為幅力與垂直于該力的幅表面積的比率
權(quán)利要求
1.一種用于確定連續(xù)材料幅的彈性模量的方法，在所述方法中，所述連續(xù)材料幅(4) 在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制的軋輥( 上運(yùn)行，其特征在于，所述方法包括以下步驟確定材料幅速度v2，通過(guò)所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器為所述連續(xù)材料幅的可調(diào)整特性提供改變，所述特性為材料幅張力T、作用于所述材料幅的扭矩M或材料幅速度v2，基于所確定的材料幅速度V2和速度改變?chǔ)う?以及扭矩改變△ M或材料幅張力的改變 Δ Τ，計(jì)算彈性模量Ε。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供所述材料幅速度V2的改變，確定速度改變之前和之后的電動(dòng)機(jī)扭矩以提供扭矩改變?chǔ)う?，以及基于材料幅速度?、以及所提供的材料幅速度改變△ V2和由所述材料幅速度改變導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)扭矩改變?chǔ)う?，?jì)算彈性模量Ε。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)提供材料幅張力T的改變，確定由材料幅張力改變?chǔ)?T導(dǎo)致的材料幅速度改變?chǔ)?V2，以及基于材料幅速度V2、以及所提供的材料幅張力的改變△ T和由所述材料幅張力的改變導(dǎo)致的所述電動(dòng)機(jī)速度改變△V2，計(jì)算彈性模量E。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)提供作用于所述材料幅的扭矩M的改變；確定由扭矩改變?chǔ)う瑢?dǎo)致的材料幅速度改變?chǔ)う?，以及基于材料幅速度V2和所提供的材料幅扭矩改變?chǔ)う约坝伤霾牧戏ぞ氐母淖儗?dǎo)致的所述電動(dòng)機(jī)速度改變△V2，計(jì)算彈性模量E。
5.根據(jù)在前權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中確定所述材料幅速度和作用于所述材料幅的扭矩。
6.根據(jù)在前權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟對(duì)通過(guò)不同測(cè)量確定的彈性模量值的幅值進(jìn)行比較，以及當(dāng)觀察到彈性模量的減小時(shí)，減小所述材料幅張力。
7.根據(jù)在前權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述電驅(qū)動(dòng)器中確定所述彈性模量。
8.根據(jù)在前權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器將確定所述彈性模量所需的數(shù)據(jù)傳送到確定所述彈性模量的更高層級(jí)。
9.根據(jù)在前權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述彈性模量的計(jì)算還包括使用幅厚度、幅寬度和要驅(qū)動(dòng)的軋輥的半徑、以及在存在的情況下的所述電動(dòng)機(jī)與所述軋輥之間的齒輪傳動(dòng)比。
10.根據(jù)在前權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的電動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)。
11.一種用于確定連續(xù)材料幅的彈性模量的設(shè)備，所述材料幅在被布置成由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的軋輥上運(yùn)行，其特征在于，所述設(shè)備包括用于確定所述材料幅的速度的裝置；以及所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器被布置成提供所述連續(xù)材料幅的可調(diào)整特性的改變，所述特性為材料幅張力、作用于所述材料幅的扭矩或材料幅速度，所述設(shè)備被配置成基于所確定的材料幅速度和所述速度的改變以及扭矩的改變或材料幅張力的改變，計(jì)算所述彈性模量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中的電動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)。
13.一種變頻器，其被布置作為在根據(jù)在前權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法中使用的所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的一部分，以控制連續(xù)幅在其上運(yùn)行的軋輥，所述變頻器被配置成被驅(qū)動(dòng)以便提供所述材料幅的可調(diào)整特性的改變以及計(jì)算彈性模量。
14.一種包括計(jì)算機(jī)程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序代碼在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
全文摘要
一種用于確定連續(xù)材料幅的彈性模量的方法和設(shè)備，在該方法中，連續(xù)材料幅(4)在由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的軋輥(2)上運(yùn)行。該方法包括如下步驟確定材料幅速度v2；通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供連續(xù)材料幅的可調(diào)整特性的改變，該特性為材料幅張力T、作用于材料幅的扭矩M或材料幅速度v2；基于所確定的材料幅速度v2和速度改變?chǔ)2以及扭矩改變?chǔ)或材料幅張力改變?chǔ)計(jì)算彈性模量E。
文檔編號(hào)G01N3/02GK102348969SQ201080011420
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者韋莎·卡揚(yáng)德, 馬爾庫(kù)·?？评?申請(qǐng)人:Abb公司